Az 1998 ôszén Nagylengyelben bekövetkezett gázkitörés kapcsán az érdeklôdés középpontjába került a szén-dioxidos olajtermelési technológia. Egészen furcsa helyeken, mint például az orvosi rendelôben kellett elmagyaráznom, hogy nem egy idôzített atombomba felett élünk. A bányászat ugyan veszélyekkel jár, de talán nem annyira, mint az autóvezetés. A kérdéseket a kíváncsiság és az ismeretlentôl való félelem motiválta.

És milyenek voltak a "hôsök", akik az elhárításon dolgoztak? Természetesen bátrak. Ki emlékszik már arra, hogy megremegtek a kezek, és néha fáradtság és félelem is tükrözôdött a szemekben. Érzékelhetô volt az emberi kapcsolatok erôsôdése.

Felvetôdik a kérdés: hogyan jutottunk el eddig? Volt-e értelme? Mit hozhat a jövô?
 

A csúcson vagyunk?!

Induljunk ki abból, hogy a világ kôolaj- és földgázkészletei végesek. Mivel a nyugati társadalmakkal együtt a fejlôdés racionalizált útját választottuk, a növekvô energiaéhség a kôolaj fokozott ütemû kitermelését teszi szükségessé. Szakértôk szerint az igények 8–10 éven belül meghaladják a jelenlegi technológia melletti kitermelési lehetôségeket. Ne tévesszenek meg senkit a jelenlegi alacsony olajárak! Egy újabb árrobbanás feltételezés. Ne féltsük a világot, eddig még mindig megtalálta a helyettesítô energiaforrásokat. De az átmenet valószínûleg nem lesz zavartalan.

Ugyanakkor az ipar sajátosságából következik, hogy a jelenleg alkalmazott technológiák mellett a kezdeti olajkészlet fele-kétharmada a tárolókban visszamarad. Jogosan kérdezhetik, miért ilyen sok? Az áramlástani folyamatokat leíró parciális differenciálegyenletek numerikus megoldásának könyvtárnyi anyaga ad korrekt választ a kérdésre. Nem szeretnék visszaélni az olvasók türelmével, ezért az egyenletek analízise helyett inkább az alábbi kísérletet gondoljuk végig. Az olajkészletek nagy hányada homokkövekben található, melyek porózusak, akár egy darab kréta. Mártsuk a krétát egy tintásüvegbe, és tapasztalni fogjuk, hogy a kék folyadék milyen gyorsan és látványosan szívódik fel a kapilláris hatás következtében. Gondoljuk meg, milyen bonyolult technológiát kellene alkalmaznunk, hogy a felszívódott tintát visszaszorítsuk az üvegbe. Ha még hozzávesszük, hogy az olajkutak a nagy kiterjedésû tárolót pontszerûen érintik, és az olajrétegek függôleges irányban is heterogének, beláthatjuk, hogy az olajkihozatal növelése nagyon bonyolult feladat.

Az olajipar jövôjének egyetlen járható útja a szellemi energia kihasználása, a mûveléstechnológia fejlesztése marad. A természetes rétegenergia elhasználásának pótlására már a magyar olajipar létrejöttének hajnalán, a negyvenes évek elején sor került Budafa és Lovászi mezöben. A ott alkalmazott – mára már konvencionálisnak tekinthetô – nem elegyedõ szénhidrogén gáz- és vízbesajtolást nevezik másodlagos mûvelési eljárásnak. Ennek lényege, a természetes rétegenergia pótlása mellett, hogy a besajtoló kutakon keresztül a tárolóba bevitt közeg frontálisan szorítja ki az olaj egy részét az alacsonyabb potenciálú termelõ kutak felé.

A II. világháború után felismerték, hogy a másodlagos mûvelés után is jelentôs a visszamaradt olajkészlet, és világszerte megindult a kõolajkihozatal-növelõ eljárások kutatása. A gyakorlatban a termikus, a kõolajtárolóba hôbevitelen alapuló eljárások, valamint a különbözô típusú gázok – köztük a szén-dioxid – besajtolása terjedt el leginkább. Az olajipari gyakorlatban ezeket az olajkitermelési módszereket az angol Enhanced Oil Recovery rövidítése után EOR-mûvelésnek nevezik. Jelenleg a világ kôolajtermelésének mintegy 3,5%-a származik a kõolajkihozatal-növelô EOR-eljárásokból. Ez az arány jóval magasabb az energiahordozókban szegény kis országoknál, amelyek erre kényszerülnek, ill. a technológiailag legfejlettebb nagyhatalmaknál, ahol a kutatáshoz szükséges anyagi háttér rendelkezésre áll, és a tudományos elôrelátás dominál. Az olajipar vezetô nagyhatalma, az Amerikai Egyesült Államok jelenlegi kôolajtermelésének 12%-át kõolajkihozatal-növelô EOR-eljárással termeli. Magyarország 1,3 millió tonnás éves olajtermelésének 17%-a származik a megnövelt hatékonyságú módszerekbõl (1. ábra). Az iparág nagyságát és teherbíróképességét figyelembe véve az új technológiák nagyüzemi alkalmazása elôkelõ helyet foglal el, de más területeken – mint például a kitörések elfojtása terén – is álljuk az összehasonlítást bármely európai országgal.

A szén-dioxidos földgáz forrása

Hazánk földtani adottságai miatt a kõolajkihozatal-növelô eljárások közül a gázbesajtoláson alapuló módszerek bizonyultak a leghatékonyabbaknak. Mivel jelentôs szén-dioxidos földgázvagyonnal rendelkezünk, így kézenfekvõ volt, hogy a zalai Budafa mezôben feltárt gázvagyont az olajkitermelés növelésére hasznosítsuk. Írásomban a délnyugat-magyarországi alkalmazást mutatom be.

A szén-dioxidos gáz forrása miocén korú, durva törmelékes kõzetben található, 3200 m mélységben. A rétegnyomás 300 bar, a réteghõmérséklet 164 ^oC. A nagy nyomás és a réteg jó áteresztôképessége olyan kedvezõ adottság, hogy a kisebb nyomású kõolajtelepekbe a gáz kompresszor közbeiktatása nélkül sajtolható be. A szénhidrogéneket és nitrogént, valamint kis koncentrációban kén-hidrogént tartalmazógáz szén-dioxid koncentrációja 81 mól%.
 

Szén-dioxidos kôolaj-kitermelési eljárás homokkô tárolókban
 
 

2. ábra. A szén-dioxidos mûvelés alkalmazása a Dunántúlon

A nagyüzemi alkalmazást 1972-ben kezdtük meg Budafa mezõben, amit kiterjesztettünk a Lovászi mezôre is (2. ábra). Mindkét mezô szénhidrogén-telepei az alsó pannóniai korú elliptikus boltozat homokkô rétegeiben alakultak ki, 1000–1500 m mélységben. A tárolt könnyû olaj intermedier paraffin jellegû, normál állapotú átlagsûrûsége 0,82 g/cm³.
A többletolaj képzõdés több fizikai-kémiai hatás eredôje, melyek közül leglényegesebb, hogy az olaj szén-dioxiddal érintkezve megduzzad, és a térfogatnövekedés miatt a rétegekben mozgásképessé válik. Az eleve kis viszkozitás miatt a 20–30%-os viszkozitáscsökkenés másodlagos jelentôségû. A telepek nagy réteghõmérsékletén (60–80 ^oC) a technikailag elérhetõ nyomások mellett a szén-dioxidos földgáz–kõolaj rendszer részleges elegyedése valósul meg.

A mûvelés elsô fázisában a behatoló kutakon keresztül szabályozott módon szén-dioxidos földgázt nyomunk a tárolóba, hogy az olajat szén-dioxiddal telítsük, és felemeljük a lecsökkent rétegnyomást. Ezt követôen a megduzzadt olajat vízbesajtolással hajtjuk a termelõ kutak felé.

Az új, korszerû eljárással 15–20 évvel meghosszabbítottuk a mezôk életét, és 1,2 millió tonna többletolajat termeltünk ki. Jelenleg a mûvelés befejezés elõtt áll, ugyanakkor a kezdeti olajkészleteknek 65–70%-a még a mélyben maradt. Ez feltétlenül kihívást jelent a tudomány részére, az újabb technológiák kidolgozásához.
 

Szén-dioxid gázsapkás mûvelés repedezett-kavernás tárolókban

A Zalaegerszeg mellett elterülô nagylengyeli olajmezô nagymértékben különbözik a budafaitól. A legjelentôsebb kôolajtelepek a felsô kréta mészkôben és a triász dolomitban alakultak ki, mely évmilliókkal ezelôtt a felszínen volt, ott az esôvíz hatására karsztosodott, majd a földkéregmozgások következtében lesüllyedt, és jelenleg 2000–2400 m mélységben található. A telepek mûködési rendszerét a korlátlan karsztvíz-beáramlás jellemzi, a kitermelt olaj helyére víz áramlik, és így a rétegnyomás a mûvelés alatt sem csökken, gyakorlatilag hidrosztatikus marad. A vízutánpótlás folyamatos a felszíni csapadékból a Dunántúli-középhegységgel való hidrodinamikai kapcsolat révén. A repedésekkel átjárt karsztjáratokban, üregekben és kavernákban gyûlt össze a gyakorlatilag gázmentes, nagy viszkozitású nehézolaj, a bitumenkészítés kiváló alapanyaga.

A nagylengyeli olajmezôt 1951-ben fedezték fel, melybôl napjainkig 21 millió tonna olajat termeltünk ki. Az elsõdleges mûvelés alatt a korlátlan karsztvíz-utánáramlás kiszorító hatása érvényesült, a másodlagos mûvelésre jellemzõ vízhajtási hatékonysággal. A hetvenes évek végére a kitermelt folyadék 97%-a víz volt, ugyanakkor a kezdeti olajkészletnek mintegy 40%-át termeltük ki. Jelentôs kôolajkészlet maradt vissza a tárolóban, tehát hatékonyabb technológiát kellett keresnünk és alkalmaznunk.

Munkánkat nehezítette, hogy karszt típusú tároló kevés van a világon, külföldi szakirodalmakra nem támaszkodhattunk, a budafai technológia pedig az adott tárolóstruktúra mellett nem alkalmazható. Feltételeztük, hogy a visszamaradt olaj a kavernák és karsztjáratok boltozataiban található. A tárolóba besajtolt gáz szabad gáztelítettséget, mesterséges gázsapkát hoz létre, ahol a gravitációs elkülönülés hatására a visszamaradt olaj egy része mozgásképessé válik, és a termelõ kutakhoz áramlik. A gázsapka lefúvatása alatt, illetve annak nyomán a felfelé elmozduló olaj az elsôdlegesen is érvényesülô vízkiszorítással kitermelhetõ. Az alkalmazott eljárás hatásmechanizmusából következik, hogy elsõsorban a szabad gázfázis keletkezése és nem a besajtolt gáz minôsége a meghatározó tényezõ az olajkihozatal szempontjából. Az 1979 és 1988 között szénhidrogén gázzal és szén-dioxidos földgázzal elvégzett kisüzemi kísérlet mindkét esetben az eljárás hatékonyságát jelezte. Gazdasági megfontolásból döntöttek a budafai szén-dioxidos földgáz alkalmazása mellett, amit 33 km hosszú csôvezetéken szállítottak Nagylengyelbe.

A nagyüzemi alkalmazás 1988-ban kezdôdött a mezõ legnagyobb blokkjában, az I-IV blokkban. Ez jelentette a mûvelés elsô ütemét. A kidolgozott technológia szerint a blokk feltöltése után a lefúvatott, illetve kitermelt gáz a következô, mûvelésre elôkészített VII., VIII. és X. blokkba került besajtolásra. Ezek a második ütem blokkjai. Jelenleg a mûvelés elôrehaladott állapotban van, gázbesajtolás már csak a VIII. blokkba történik. Itt következett be az elmúlt évben a gázkitörés, az N1-282/a jelû kúton. Szakértôk szerint a gázkitörést az okozta, hogy a kivitelezô tévesen ítélte meg a helyzetet és nem vette észre, hogy egy mélybeni tömítôelem nem került pontosan a helyére a kútmunkálat során. 1988 óta ez volt az elsô gázkitörés a mezõben, és reméljük, az utolsó is. A VIII. blokk mesterségesen létrehozott gázsapkájának lefúvatását követôen a kitörés veszélye teljesen megszûnik, hisz a karsztvíz elárasztás után csapdázódott gáz már mozgásképtelen.

Napjainkig Nagylengyel mezõben a szén-dioxid gázsapkás mûvelés eredményeként 1,9 millió tonna többletolajat termeltünk (3. ábra). Világviszonylatban is kiváló eredményt értünk el az I–IV. blokkban, ahol az olajkihozatalt több mint 10%-kal növeltük a kezdeti olajkészlethez viszonyítva. Ezeknél a blokkoknál a tárolótér kialakulása autogén, fedetlen karsztkorrózió következménye. Lényegesen kisebb eredmény várható a második ütem blokkjainál, ahol zömében allogén, fedett karsztképzô folyamatok domináltak. Tapasztalataink szerint az elsõdleges mûvelés végén visszamaradt olaj mennyiségét és térbeni elhelyezkedését a tárolóteret kialakító karsztosodási folyamat típusa jelentôsen befolyásolja.

Az alkalmazás nem volt problémamentes, de jelentôs tapasztalatokkal gazdagodtunk. A növelt hatékonyságú mûvelési eljárások nem spekulatív kényszerek termékei, hanem a mûszaki fejlõdés magját hordozzák magukban. Tágabb értelemben, a felszíni technikát és a fúrási technológiát is beleértve, a jövõ egyetlen záloga. Az EOR-kutatás filozófiáját nem szabad leszûkíteni egy vizsgált részterületre, de még inkább nem laboratóriumi méretekre. A feladatmegoldás komplexitásának és integráltságának igénye, úgy érzem, nem csak az olajipar sajátja. Külföldön is mutatkozott érdeklôdés a technológia iránt, melyet több fórumon ismertettünk [1,2].

Összefoglalva megállapíthatjuk, hogy a szén-dioxidos mûveléssel jelentôs mennyiségû többletolajat termeltünk. Tapasztalatok birtokába jutottunk az olajkitermelési technológia és technika terén, amit a továbbiakban mind hazai, mind külföldi vállalkozásainknál hasznosíthatunk.

IRODALOM:
1 Bíró Z., Gerecs L., Udvardi G.. Pógyor K.: A New Heavy Oil Recovery Technique for Nagylengyel Field in Hungary. THERMIE European Symposium, Berlin, 1994.
2 Bíró Z., Pápay J., Gombos Z.: Reservoir Engineering Experiences of CO₂ Flooding in Hungary. IEA 19th International Workshop and Symposium. Carmel, California, USA, 1998.